CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的作用及其制备的研究
铜铟镓硒太阳能电池和半导体器件的制备与性能优化
铜铟镓硒太阳能电池和半导体器件的制备与性能优化铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池作为一种高效的薄膜光伏材料，在可再生能源领域备受关注。
本文将介绍CIGS太阳能电池和半导体器件的制备过程，并探讨如何优化其性能。
1. CIGS太阳能电池的制备过程CIGS太阳能电池的制备主要包括以下几个步骤：1.1 基板清洗首先，将玻璃或复合金属基板进行清洗，以去除表面的杂质和污染物，确保接下来的制备过程中获得干净的基板。
1.2 氧化层制备在基板表面形成适当的氧化层，常用的方法有热氧化和物理气相沉积（PECVD）。
氧化层的形成可以增强材料的吸附性能和界面结合强度。
1.3 材料沉积将铜、铟和镓等金属元素以适当的比例沉积在氧化层上，形成CIGS薄膜。
沉积方法主要有物理气相沉积、磁控溅射和蒸发等。
1.4 烧结和晶化通过高温处理使金属元素发生扩散和反应，形成CIGS晶体结构。
烧结和晶化过程中的温度和时间控制非常重要，它们直接影响到CIGS薄膜的结晶度和光电转换效率。
1.5 背电极制备在CIGS薄膜上沉积背电极，常用的材料是钼。
背电极起到电子收集和传输的作用，对太阳能电池的性能有重要影响。
1.6 正电极制备在背电极上制备透明导电氧化物层，例如氧化锌（ZnO）和氧化镓锌（IGZO）。
正电极的制备需要保证良好的透明性和导电性。
2. CIGS太阳能电池性能的优化为了提高CIGS太阳能电池的性能，可以从以下几个方面进行优化：2.1 材料组成和晶体结构调节CIGS薄膜中铜、铟、镓和硒的比例，以满足最佳的能带结构和光电转换效率。
此外，通过控制烧结和晶化条件，可以改善晶体结构和缺陷密度，提高载流子迁移性能。
2.2 光吸收层厚度CIGS薄膜的厚度对光吸收和载流子产生的效率有影响。
通过适当调整光吸收层的厚度，可以最大限度地充分吸收太阳能光子，提高光电转换效率。
2.3 界面和接触优化CIGS与背电极和正电极之间的界面和接触能够提高电子和空穴的收集效率。
CIGS薄膜太阳能电池材料的制备 结构及性能研究
三、玻璃基太阳能电池薄膜材料的性能研究
2、电学性能：薄膜材料的电学性能主要包括导电性能、电荷传输性能和接触 电阻等。这些性能直接影响着太阳能电池的电流和电压输出。因此，研究薄膜材 料的电学性能及其影响因素，有助于提高太阳能电池的电学性能和稳定性。
三、玻璃基太阳能电池薄膜材料的性能研究
3、稳定性：太阳能电池在长期使用过程中会受到环境因素的影响，如光照、 温度、湿度等。因此，研究薄膜材料的稳定性及其影响因素，有助于提高太阳能 电池的使用寿命和稳定性。
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
1、光学性能：CIGS薄膜具有较高的光学吸收系数，这使得其能够有效地吸收 太阳光并转化为电能。在可见光波段，CIGS薄膜的吸收系数大于10^4 cm-1，而 在红外波段，吸收系数则下降至3000-4000 cm-1。
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
4、环境友好性：CIGS太阳能电池在生产和使用过程中产生的环境污染较小， 且材料可回收再利用。这使得其成为一种具有可持续发展潜力的能源形式。
参考内容
内容摘要
随着全球对可再生能源需求的日益增长，薄膜太阳能电池作为一种清洁、高 效、可灵活制备的能源转换技术，受到了广泛。其中，铜、铟、镓、硒（CIGS） 薄膜太阳能电池是研究最为活跃的一类。CIGS太阳能电池具有高光电转换效率、 低成本、可柔性制备等优势，被认为是下一代薄膜太阳能电池的主流技术之一。 本次演示将对CIGS薄膜太阳能电池吸收层的制备工艺进行综述。
溶液处理法制备CIGS薄膜一般包括：溶液混合、薄膜沉积和硒化处理等步骤。 在制备过程中，各元素的化学计量比、溶液浓度、沉积温度和硒化条件等因素对 薄膜的结构和性能有重要影响。因此，优化制备工艺，实现CIGS薄膜的可控制备， 对于提高CIGS太阳能电池的光电转换效率具有重要意义。
CIGS太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的制备与表征
2 实验结果和讨论
2. 1 薄膜的 XRD 分析 在本次实验中 ,对 ZnS薄膜的单个衍射图谱进行
分析发现 。即使在 400 ～500 ℃较高温度下退火也没 有出现明显的强峰 , 表明所制备的 ZnS薄膜非常的 薄。 有研究表明薄膜越厚其晶体结晶度越高 ,晶体结 构的有序度也越好 [ 5 ] 。所以有必要进行多次沉积使 薄膜达到一定的厚度 ,本次实验中采用三次沉积制备 ZnS薄膜 。
图 1是 CBD 制备的 ZnS薄膜分别在未退火以及 200 ℃、300 ℃和 400 ℃退火后的 XRD 图谱 。可以发 现 ,当薄膜未进行退火处理时的 XRD 图谱中未出现明 显的 衍 射 峰 值 , 是 非 晶 状 态 的 , 结 晶 状 态 不 好 。在 200 ℃下退火 1 h时和 200 ℃退火时间 2 h发现时间 延长衍射峰的强度增加了 。在退火时间相同 ( 2 h)的 情况下 ,衍射峰的强度随着退火的温度增加而逐渐增 强 , ZnS晶粒晶化现象愈趋明显 。
Jan. 25, 2008 , Vol. 25 No. 1
式中 , hv = hc /λ。 而吸收系数与透射率有如下关系 :
a = ln (1 / T) d 式中 , d为薄膜厚度 ; T为透射率 ; k为波尔兹曼常数 ; Eg为半导体的禁带宽度 ;λ为波长 。
图 2 在 60 ℃和 80 ℃时 ZnS薄膜厚度随沉积时间变化曲线
2. 3 ZnS薄膜的光学性能和禁带宽度 ZnS薄膜的透射谱如图 3 所示 (所用的波长范围
为 200 ～ 900 nm ) , 一 般 文 献 报 道 透 过 率 为 35 ～ 90%。
课题总结：铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池
课题总结：铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池的应用实例在专业课上常常听到诸多太阳能的应用，例如用太阳能屋顶代替传统的瓦片式屋顶，储能庞大的能源墙，节能实用的太阳能路灯，太阳能车，甚至是现在城市里广为使用的膜拜单车上都安有薄膜太阳能。
以下图1、图2、图3分别为太阳能应用实物图。
图1 四种不同的太阳能屋顶样式，由玻璃瓦片制成，内部嵌入太阳能电池图2 全新一代的能源墙最大能储存14kWh 的电量，是上一代的两倍图3 全太阳能飞机Solar Impulse 2，它的机翼上安装了超过1.7万个太阳能电池二、薄膜太阳能电池的工作原理薄膜太阳能电池的工作原理是基于PN结的光生伏打效应。
因此在介绍太阳能电池的结构之前我们先来简单了解一下PN结产生电能的过程。
图4 PN结的基本结构图5 PN结工作原理PN结是由采用掺杂工艺制成的P型半导体与N型半导体接触界面构成。
由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差，浓度差导致N区电子向P区扩散，P区空穴向N区扩散，从而形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。
达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差。
当太阳能照到半导体器件的PN结上，在 PN结电场作用下，空穴由 N 型区流向P 型区域，电子由 P 型区流向 N 型区，分别成 N 区过剩的电子和 P 区过剩的空穴，建立以 N区为负、P 区为正的光生电压，(如图6所示）接入负载后形成光生电流，即为太阳能电池的工作原理。
图6 晶片受光时电子转移情况也就是说，在有光照情况下，PN结就是一个光敏二极管，随着光照强度的变化，其内部会产生一定的光电流。
若施加一定的光照强度，光敏二极管相当于一个恒流源。
而在有光照而无外加电压时，光敏二极管相当于一个电池，P区为正，N区为负。
三、CIGS薄膜太阳能电池的结构图7 CIGS薄膜太阳能电池的结构图图7所示为CIGS的正置结构。
根据各层材料晶格失配问题、半导体性质和各层材料的能隙，选取如图材料作为CIGS的各层结构。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS吸收层的研究与制备的开题报告
铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS吸收层的研究与制备的开题报告一、选题背景太阳能是一种清洁、可再生的能源，被认为是替代传统化石能源的一个重要选择。
太阳能电池作为最主要的太阳能转换器，成为了当前太阳能领域的研究热点。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池具有优异的光电性能，因此备受关注。
CIGS吸收层具有高吸收系数、高转换效率、可以在较低光照强度下工作等特点，但由于其制备工艺较为复杂，目前在工业化生产上还存在一定的难度。
因此，对CIGS吸收层的研究和制备具有重要的意义。
二、研究目的本研究的目的是通过系统的文献综述和实验研究，探究不同制备方法对CIGS吸收层性能的影响，为制备高效率的CIGS薄膜太阳能电池提供理论和实验基础。
三、研究内容1. CIGS吸收层的物理化学性质研究；2. CIGS吸收层的制备方法综述与分析；3. 探究不同制备方法对CIGS吸收层性能的影响；4. 通过实验研究验证不同制备方法的效果；5. 建立CIGS薄膜太阳能电池的理论模型，研究其性能。
四、研究方法1. 文献综述：对CIGS吸收层的物理化学性质、制备方法以及相关文献进行综述和分析；2. 制备CIGS薄膜样品：采用真空沉积法、喷涂法、溶液法等方法制备CIGS薄膜样品；3. 性能测试：对制备的CIGS薄膜样品进行结构、光学、电学性能测试；4. 数据分析：对性能测试数据进行统计和分析，得出结论。
五、预期成果1. 掌握CIGS薄膜太阳能电池的制备方法和性能；2. 研究不同制备方法对CIGS吸收层性能的影响，为制备高效率的CIGS薄膜太阳能电池提供理论和实验基础；3. 建立CIGS薄膜太阳能电池的理论模型，研究其性能。
六、研究时间安排1. 第1-2周：撰写开题报告，确定研究方案；2. 第3-5周：文献综述，深入分析目前已取得的相关研究进展；3. 第6-10周：样品制备及性能测试；4. 第11-12周：数据分析；5. 第13-14周：完善论文及答辩准备。
CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备
CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备摘要：CuIn1-xGaxSe2（CIGS）薄膜太阳能电池以其效率高、稳定性强、耐辐射、耗材少等众多优点成为近些年太阳能电池领域的研究热点。
这种电池的性能主要由吸收层 CIGS薄膜的质量决定，目前其主要制备方法有：共蒸发法、金属预置层后硒化法、电沉积法和喷雾高温分解法等，然而由于 CIGS 薄膜结构复杂，结晶成膜要求条件较高，以共蒸发法和金属预制层后硒化法为主的制备方法还存在着各种各样的问题，阻碍了其产业化的进程。
本文利用磁控溅射方法制备了 CIGS 薄膜太阳能电池各层薄膜，研究了溅射的工艺参数以及退火温度对薄膜结构和各种性能的影响。
关键词：CIGS薄膜太阳能电池,磁控溅射,合金靶,固态硒源,硒化1 引言能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据估纠¨，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。
随着全球经济的发展，尤其是中国、印度等新兴国家经济的快速增长，整个世界正在以前所未有的速度消耗自然资源，这也是世界原油、煤炭价格飙升的一种基本因素。
2004年，世界一次能源消费构成中煤炭占27．2％、石油占36．8％、天然气23．7％、水电占6．2％、核电占6．1％；同期中国一次能源消费成中煤炭占69．0％、石油占22．3％、天然气占2．5％、水电占5．4％和核电占O．82％。
随着一次性能源走向枯竭；未来人类将无可选择地依赖太阳能、风能、核能等清洁能源；尤其是取之不尽的太阳能。
正因为如此，即便在成本高企的现状下世界各国政府依然未雨绸缪，在政策上给予大力的支持，推动光伏产业的高速发展。
因此，太阳能光伏发电成为了世界上各种能源中发展最快的能源之一，世界光伏产业在上世纪80年代至90年代中期，年平均年增长率为15％左右。
90年代后期，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速。
1997年世界太阳电池光伏组件生产达122MW(太阳能电池的峰值功率，通常可用Wp表示)，比1996年增长了38％，是4年前的2倍，是7年前的3倍，超过集成电路工业。
CIGS太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的制备与表征
2008年1月25日第25卷第1期通信电源技术Telecom Power Technol ogiesJan .25,2008,Vol .25No .1收稿日期:2007209225作者简介:王世成(19812),男,江苏盐城人,北京科技大学硕士研究生,主要研究方向为功能材料,薄膜太阳能电池。
文章编号:100923664(2008)0120066203设计应用C I GS 太阳能电池缓冲层ZnS 薄膜的制备与表征王世成1,杨永刚1,果世驹1,倪沛然2(1.北京科技大学材料学院,北京100083;2.无锡爱芯科微电子有限公司,江苏无锡214028) 摘要:以硫酸锌、(NH 4)2S 2O 3混合溶液为前驱体溶液,加入少量的柠檬酸钠和丙三醇为络合剂和分散剂,采用化学浴沉积法在玻璃衬底上成功制备了表面均匀的ZnS 薄膜。
研究了沉积时间和退火时间对ZnS 薄膜质量的影响,并运用扫描电镜(SE M )、X 射线衍射(XRD )、紫外2可见光光度计对薄膜进行分析和表征。
结果表明:在沉积时间为90m in,退火温度为200℃时制得的薄膜性能较好,晶体结构为纤锌矿结构。
制备的薄膜透过率(λ>400n m )约为80%,薄膜的禁带宽度约为3.75e V 。
通过添加少量的分散剂丙三醇可以改善ZnS 薄膜质量。
退火温度为300℃,薄膜表面形貌均匀致密。
关键词:ZnS 薄膜;化学浴沉积法;X 射线衍射;紫外2可见光光度计中图分类号:T M 341文献标识码:APreparati on and Characterizati on of ZnS Buffer Layers forCu (I n,Ga )Se 2Thin Fil m Solar CellsWANG Shi 2cheng 1,Y ANG Yong 2gang 1,G UO Shi 2ju 1,L I Pei 2ran 2(1.University of Science and Technol ogy,Beijing 100083,China;2.W uxi A sic M icr o Electr onics Co .L td .,W uxi 214028,China )Abstract:ZnS thin fil m s were p repared on glass sides by che m ical bath depositi on (CBD ),using zinc sulfate and (NH 4)2S 2O 3as p recurs or aqueous s oluti ons,a little a mount of s odiu m citrate is used as comp lexing agent and glycer ol as dis perse agent,the surfaces of deposited thin fil m s were homogeneous .The quality of ZnS fil m s f or med at vari ous depositi on ti m es and anneals te m 2peratures is studied .The p r operties of ZnS thin fil m s were investigated by SE M 、XRD 、UV 2V is s pectra .The results of analyses show that α2ZnS structure thin fil m s with better quality can be fabricated at anneal temperature of 200℃and depositi on ti m e of 90m in .Trans m issi on measure ments show that the op tical trans m ittance is about 80%when the wavelength is over 400n m.The band gap (Eg )value of the deposited fil m is about 3.75e V.It is f ound that a little a mount of glycer ol can i m p r ove the quality of ZnS fil m s .ZnS fil m s are unifor m ity and compact when anneal te mperature is 300℃.Key words:ZnS thin fil m s;chem ical bath depositi on (C BD );XRD;UV 2V is s pectra0 引 言ZnS 是具有3.65e V 禁带宽度的本征半导体[1]。
cigs薄膜太阳能电池制备方法
cigs薄膜太阳能电池制备方法CIGS薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池，其制备方法具有独特的优势。
本文将介绍CIGS薄膜太阳能电池的制备方法，并探讨其在太阳能领域的应用前景。
CIGS薄膜太阳能电池的制备方法主要包括物理蒸发法、化学溶液法和离子束溅射法等几种。
其中，物理蒸发法是最早被采用的制备方法之一。
该方法通过使用高温蒸发源将CIGS材料蒸发，然后在基底上形成薄膜。
这种方法制备的CIGS薄膜太阳能电池具有较高的效率和稳定性。
化学溶液法是目前研究较为广泛的一种制备方法。
该方法通过将CIGS材料的前驱体溶解在溶液中，然后通过化学反应使其在基底上形成薄膜。
与物理蒸发法相比，化学溶液法制备的CIGS薄膜太阳能电池具有制备过程简单、成本低廉的优势。
离子束溅射法是一种新兴的制备方法，其原理是利用高能离子束轰击CIGS靶材，使其材料溅射到基底上形成薄膜。
这种方法制备的CIGS薄膜太阳能电池具有较高的结晶度和电池效率。
除了以上几种制备方法外，还有一些其他方法，如磁控溅射法、分子束外延法等。
这些方法各具特点，可以根据实际需求选择合适的方法进行制备。
CIGS薄膜太阳能电池具有高效转换效率、较高的光吸收系数、较低的制造成本等优势。
因此，它在太阳能领域具有广阔的应用前景。
CIGS薄膜太阳能电池可以应用于建筑一体化、光伏发电等领域，为人们提供清洁、可持续的能源。
CIGS薄膜太阳能电池的制备方法多样化，可以根据实际需求选择合适的方法进行制备。
随着技术的不断进步，CIGS薄膜太阳能电池在太阳能领域的应用前景将会越来越广阔。
我们有理由相信，CIGS薄膜太阳能电池将成为未来太阳能产业的重要组成部分，为社会的可持续发展做出贡献。
CIGS薄膜太阳电池的制备及性能研究的开题报告
CIGS薄膜太阳电池的制备及性能研究的开题报告题目：CIGS薄膜太阳电池的制备及性能研究研究背景与意义：CIGS (Cu(In,Ga)Se2) 太阳电池作为一种高效、稳定、可持续的能源转换装置，近年来受到了广泛的研究和关注。
相比于传统的硅基太阳电池，CIGS太阳电池具有更高的光电转换效率、更高的光伏电压和更长的使用寿命。
此外，CIGS太阳电池的薄膜性质使其可以在比较小的面积上进行能量转化，从而可大大降低生产成本和减少对资源的消耗。
因此，研究CIGS薄膜太阳电池制备及其性能的关键技术和方法，有助于推广和应用太阳电池技术，以满足能源需求的可持续发展。
研究内容：本研究主要围绕CIGS薄膜太阳电池的制备及其性能进行研究，具体研究内容包括：1. 制备CIGS薄膜太阳电池的各种材料和设备的选择和优化，包括可成膜的电极、CIGS各组分的配比优化等。
2. 研究不同制备工艺对CIGS薄膜太阳电池性能的影响，包括物质沉积方法、退火温度、退火时间等。
3. 测试和分析CIGS薄膜太阳电池的基本性能参数，如开路电压、短路电流、填充因子和转换效率等。
4. 对CIGS薄膜太阳电池的构型、晶体结构和表面形貌等进行表征和分析，以获得更深入的认识。
研究方法：本研究主要采用以下方法：1. CIGS薄膜太阳电池的制备工艺研究，包括物质沉积、退火、电极制备等步骤。
通过不同的实验参数和条件进行探究，并对其进行测试和分析。
2. 太阳电池性能测试研究，包括IV曲线的测量和分析，以及转换效率和填充因子的计算。
3. 材料表征和分析，使用XRD、SEM、TEM等技术对CIGS薄膜太阳电池的晶体结构、构型和表面形貌进行研究和分析。
预期成果和意义：通过本研究，将制备出一批高性能的CIGS薄膜太阳电池，并对其基本性能参数进行测试和分析，同时，对其构型、晶体结构和表面形貌等进行表征和分析，以深入了解其制备过程及性能特征。
这些成果将在新能源领域具有重要的科学和工程价值，带来可持续的能源转换和应用潜力。
铜铟镓硒太阳能电池材料的制备与性能研究
铜铟镓硒太阳能电池材料的制备与性能研究随着人们对可再生能源的需求逐渐增加，太阳能作为一种清洁、可再生的能源得到了广泛关注。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池因其光电转换效率高、生产成本低等优势逐渐成为研究的热点。
本文将就CIGS太阳能电池材料的制备以及相关性能研究进行探讨。
**1. 制备过程**CIGS太阳能电池的制备通常通过薄膜沉积工艺实现。
一种常见的方法是使用真空蒸发工艺，将铜、铟、镓、硒等多种材料依次蒸发到基底材料上，形成CIGS薄膜。
在薄膜形成后，进行热处理以形成结晶结构并提高其光电特性。
此外，还可以采用溶液法、喷雾法等制备CIGS薄膜，这些方法在提高生产效率和降低制备成本方面具有潜在优势。
**2. 结构与组成**CIGS薄膜通常为多层结构，包括玻璃基底、导电氧化物薄膜、CIGS吸收层、缓冲层和金属载流子层等。
其中，CIGS吸收层是整个太阳能电池的关键部分，其元素配比和结晶质量直接影响电池的性能表现。
**3. 光电性能**CIGS太阳能电池具有良好的光电转换效率，这得益于其近理想的光吸收特性和长寿命的载流子。
通过调节CIGS薄膜的晶格缺陷及优化界面特性，可以改善其光电性能。
此外，研究人员还在探索提高CIGS太阳能电池的稳定性和可靠性，以满足实际应用的需求。
**4. 可持续性发展**CIGS太阳能电池材料的制备及性能研究不仅关乎能源产业的发展，还涉及到环境保护和可持续发展。
相比于传统化石能源，太阳能电池产生的环境影响更小，而CIGS太阳能电池具有更高的能源利用效率，未来有望成为清洁能源的重要组成部分。
**5. 结语**随着能源行业的发展和技术的进步，CIGS太阳能电池材料的制备与性能研究将继续得到更深入的探索和改进。
我们对此持乐观态度，相信CIGS太阳能电池将在未来的能源领域发挥重要作用，为人类社会的可持续发展贡献力量。
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制备
蒸发法制备.
• 减反射膜:作用是增加入射率，减少
电池表面光反射的损失,增加光透过 率。
• 窗口层:N型窗口层不仅与CdS缓冲
层一起构成了异质结的n型部分,而 且还是电池功率输出的通道。窗口 层与缓冲层之间有很好的匹配性,且 透光性好。
• 过渡层：作用是降低带隙的不连续
120W, (c,f)160W
谢谢！
太阳能电池的短路电流既 光生电流，是指在一定的 温度和辐照度条件下，光 伏发电器在端电压为零时 的输出电流。分析短路电 流最直接的方法就是对不 同波段的光所产生的光生 电子空穴对数量进行积分， 并计算出每一波段所产生 的电流，将电流求和，最 终得到的总电流就是其短 路电流。
CIGS薄膜太阳能电池层状结构
CIGS薄膜太阳能电池的原理及 制备作者： ຫໍສະໝຸດ 级： 学号：太阳能电池分类
• 晶硅电池：单晶硅电池（c-
Si）、多晶硅电池（p-Si） ； 转化率高（最高达24.7%），成 本高
• 硅基薄膜电池：成本低，非晶
硅薄膜电池（a-Si）有光致衰 退效应致使其性能不稳定,多晶 硅薄膜电池（ploy-Si）没有光 致衰退效应,转化率比晶硅低 （最高p-Si16.5%）
CIGS电池各层的制备
• 衬底：衬底一般采用玻璃,也有的采用不同材料的柔性箔
片作为材料。
• 背电极：在洁净的衬底上沉积1到1.5um的金属铝 • 吸收层：在铝电极上沉积1.6到2.0um的CIGS • 缓冲层：在吸收层上依次制备厚60一100nm的硫化锡 • 窗口层：在缓冲层上沉积100nm左右的本征氧化锌层 • 减反层和铝电极：沉积厚600nm左右的掺铝氧化锌层和银
370℃时制备的CIGS薄膜的XRD图
CIGS薄膜太阳能电池缓冲层CdS薄膜的制备研究
CIGS薄膜太阳能电池缓冲层CdS薄膜的制备研究何丽秋（广西地凯光伏能源有限公司，广西贺州，530003）摘要：目前CdS材料的制备方法有很多种，但是最常用的是化学水浴法。
本文研究了浓度、反应溶液ｐＨ值、温度、沉积时间对CdS缓冲层薄膜的影响，对CIGS薄膜太阳能电池缓冲层CdS薄膜的制备方法进行了论述。
关键词：CIGS ;太阳能电池; CdS;综述Studies on chemical bath deposited CdS buffer layers for CIGS thin filmsolar cellsHe Liqiu(Guangxi DiKai solar energy CO.,LTD, Guangxi HeZhou,530003) Abstract：At present,the preparation methods of CdS has many kinds,The chemical bath deposition(CBD)is the most commonly method.In this review,the effects of concentration,pH,temperature and deposition time on the CdS buffer layer were studied.The preparation methods of CIGS thin film for CdS thin film solar cells were discussed.Keywords：CIGS;solar cell;CdS;Review1 CdS薄膜的影响因素CdS材料作为一种直接带隙的ｎ型半导体,可以较好提高CIGS太阳能电池的性能，是目前CIGS太阳能电池使用率最高的材料。
经研究分析，发现对该材料的制备产生影响的因素主要如下：1.1 浓度对CdS薄膜的影响。
敖建平和孙云发表的《CIGS电池缓冲层CdS的制备工艺及物理性能》一文中，指出醋酸铵硫脲浓度对CdS薄膜的晶相沉积速度有着相关的联系。
CIGS薄膜太阳能电池缓冲层材料的研究进展
CIGS薄膜太阳能电池缓冲层材料的研究进展王卫兵;刘平;李伟;马凤仓;刘新宽;陈小红【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2012(026)019【摘要】CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层为低带隙CIGS吸收层与高带隙ZnO窗口层之间形成过渡,减少两者带隙的晶格失配和带隙失调,并可防止溅射ZnO窗口层时给CIGS吸收层带来损害等,对提高CIGS薄膜太阳能电池效率起了重要作用.介绍了CIGS薄膜太阳能电池缓冲层材料的分类和制备工艺,主要阐述了CdS、ZnS 及In2S3薄膜缓冲层材料及化学水浴法、原子层化学气相沉积法、金属化合物化学气相沉积法等制备工艺的研究现状,最后指出CIGS太阳能电池缓冲层在制备工艺、环境保护及大规模工业化生产中遇到的问题,并展望了其发展方向.【总页数】5页(P136-140)【作者】王卫兵;刘平;李伟;马凤仓;刘新宽;陈小红【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093;上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093;上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093;上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093;上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093【正文语种】中文【相关文献】1.CIGS薄膜太阳能电池吸收层的非真空制备工艺研究进展 [J], 李伟;刘平;王卫兵;马凤仓;刘新宽;陈勤妙;韩朝霞2.CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的研究及其发展 [J], 赵静;王智平;王克振;冯晶晖3.CIGS薄膜太阳能电池无Cd缓冲层研究进展 [J], 肖友鹏4.CZTS薄膜太阳能电池无镉缓冲层材料的研究进展 [J], 阎森飚; 徐键5.CIGS薄膜太阳能电池缓冲层CdS薄膜的制备研究 [J], 何丽秋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
cigs薄膜太阳能电池的原理及制备
cigs薄膜太阳能电池性能改
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进及优化
优化设计薄膜结构
优化薄膜厚度
通过调整薄膜厚度，可以优化太阳能电池的光吸收和载流子输运性能。较薄的薄膜可以增 加光吸收，但可能影响载流子的输运效率；较厚的薄膜可以提供更多的载流子输运通道， 但可能降低光吸收。因此，需要找到合适的厚度平衡点，以实现最佳性能。
调整薄膜成分
目前CIGS薄膜太阳能 电池的生产效率相对 较低，影响了其大规 模应用。
环保问题
CIGS薄膜太阳能电池 的生产过程中可能产 生环境污染，需要采 取环保措施降低对环 境的影响。
06
Байду номын сангаас
结论与展望
研究成果总结
高效性能
通过优化薄膜厚度和结构，CIGS薄膜 太阳能电池展现出了高效的性能，其
光电转换效率高达20%以上。
短路电流（ISC）
在零负载条件下，太阳能 电池的最大输出电流。
填充因子（FF）
衡量太阳能电池整体效率 的重要参数，等于最大输 出功率与开路电压和短路 电流乘积之比。
转换效率（η）
太阳能电池将光能转换为 电能的效率，通常以百分 比表示。
cigs薄膜太阳能电池制备方
03
法
真空蒸镀法
原理：真空蒸镀法是一种物理气相沉积技术，其 原理是将待沉积的材料置于真空室中，通过加热 蒸发材料并使其沉积在基底上，形成薄膜。
低成本
相对于传统的硅基太阳能电池，CIGS 薄膜太阳能电池具有较低的生产成本
，有利于大规模应用和推广。
稳定性良好
CIGS薄膜太阳能电池具有良好的热稳 定性和化学稳定性，能够在各种环境 下稳定运行。
应用广泛
CIGS薄膜太阳能电池适用于各种表面 和形状，如建筑、汽车、航空航天等 领域。
新型无镉缓冲层CIGS太阳能电池研究进展
新型无镉缓冲层CIGS太阳能电池研究进展新型无镉缓冲层CIGS太阳能电池研究进展兔子君导读薄膜太阳能电池由于具有可用柔性材料、可透光、弱光性能好、温度系数低等独特优势，得到了广泛关注。
铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池是最被看好的薄膜太阳能电池之一，在近十多年，很多企业和研究所投身这一领域，其技术迅速成长。
传统CIGS电池采用硫化镉（CdS）作为缓冲层，其中镉有毒并会造成环境污染，因此，无镉缓冲层CIGS太阳能电池的开发成为全球CIGS太阳电池研究的热点。
今天兔子君带大家看看当前无镉缓冲层CIGS太阳能电池的研究进展。
传统CIGS太阳能电池结构传统CIGS电池的结构如图1所示，其核心的p-n结为P型的CIGS和N型的CdS，N型的CdS通常被称为该电池的缓冲层。
由于镉（Cd）的毒性和不环保，新型无镉缓冲层的开发已成为研究热点，并且无镉CIGS电池的效率已逼近传统CIGS电池。
图1 传统CIGS太阳能电池结构最被看好的无镉缓冲层Zn(O,S)，Zn1−xSnxO， (Zn,Mg)O，In2S3 是目前最被看好的无镉缓冲层。
其中In为稀有金属，所以前三种具有更好的发展前景。
无镉缓冲层的特点是带隙比传统CdS的带隙更大，因此有效地减少对蓝光的吸收, 增加光谱响应范围。
然而，无镉CIGS电池的开路电压较CdS的低，造成效率普遍低于传统CIGS电池。
主要制备方法制备方法分为干法和湿法两大类，具体的制备方法表1。
湿法：水浴沉积法（CBD）特点：成本低；不利于流水线生产，因为其他步骤为干法。
干法：化学气相沉积（CVD），物理气相沉积（PVD）。
下表中ALD属于CVD，而磁控溅射属于PVD。
特点：成本高，易与产线兼容。
表1 无镉缓冲层制备方法研究进展无镉缓冲层研究方向处于领先的研究机构主要来自美国、日本、德国、瑞典、瑞士等，如美国可再生能源实验室（NREL），亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心（HZB），德国太阳能与氢能研究中心（ZSW），日本Solar Frontier等，详见表2。
CIGS薄膜太阳能电池研究报告
CIGS真空蒸发系统结构示意图
后硒化法
硒化工艺一般分为两步:第一步是在基板温度低于200 0C下将Cu- In 或中者对C前u驱- In体- G进a行等热预处制理层口沉。积硒在化基工板艺上;的第优一点步是是不在存H2在Se高+A温r或In沉Se积气问氛 题，易于控制薄膜中各元素的化学计量比、膜的厚度和成分的均匀 分布且对设备要求不高，已成为目前产业化中的首选工艺。
硒H2S化等工气艺体的。主要缺点是工艺复杂、成本高，要使用有毒的H2Se、
电镀法
在低温沉积中，电沉积法是一种低成本制造 CIGS前驱薄膜的最有潜力的方法。
CIGS薄膜中，每一种元素都具有不同的电化学 性能，并且都需要在溶液中共沉积，这就使得 整个系统变得非常复杂。4种元素的沉积电位 相差很大，其中Ga的还原最为困难。因此通 常需要通过优化溶液条件使它们的沉积电位尽 可能地接近以达到共沉积结品的目的。
生成CIGS薄膜的电化学反应过程为：
Mn++ne-→M
H2SeO3+4H++4e-→Se+3H2O xM+ySe→MxSey
式中：M是金属Cu、In和Ga；x、y是院子或离子 数；n是电子书或价数。
电沉积在原理上比较简单，但在电化学方而 变得很复杂，因为除了沉积出三元（四元）的 CIS（CIGS）外，还有可能沉积出单一元素或者 其他二元素相。Guillen等用XRD和选择化学刻蚀 的方法确定CuSex和InSex化合物是前驱薄膜的主 要杂相。一般采用电沉积法制备CIGS薄膜，要与 蒸发法或溅射法结合起来调整元素配比，才能 得到高质量的薄膜。
在真空室内部安装自行设计加工的Cu、In、Ga 和Se独立蒸发源、衬底支架和衬底加热器。蒸发源 由陶瓷圆柱型增锅、缠绕在增锅外的Mo丝加热器 以及增锅底部的热电偶组成，采用PID自动温度控 制仪控温.。Cu，In和Ga源成品字形排列，均倾斜一 个微小的角度，将蒸发口对准衬底中心，衬底距离
CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的研究及其发展
2010年（第39卷）第3期甘肃科技纵横CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的研究及其发展赵静，王智平，王克振，冯晶晖（兰州理工大学可再生能源研究院，甘肃兰州730050）摘要：本论述简要介绍了CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的发展，重点阐述了CdS和ZnS缓冲层的研究现状，指出缓冲层的制备工艺上以化学水浴法居多，从成膜机理到工艺参数的优化都做了充分的研究，对真空蒸发法的制备工艺研究则相对较少，而且大部分都集中在蒸发温度、衬底温度和沉积温度对薄膜性能的影响上。
最后指出了发展过程中遇到的两个问题：一Cd对环境的污染，二化学水浴法不利于工业化大生产。
关键词：CIGS；薄膜电池；缓冲层；CdS薄膜；ZnS薄膜CIGS薄膜太阳能电池的典型结构为Al/MgF2/ ZnO/CdS/CIGS/Mo/衬底，并以衬底为支撑。
该电池成本低，性能稳定、抗辐射能力强、光电转换效率高、光谱响应范围宽、弱光性好，有可能成为未来光伏电池的主流产品之一。
不加缓冲层CdS，其转换效率只有7％。
如果在ZnO和CIGS之间加上缓冲层CdS，则太阳能电池的转换效率达到11％至13％，缓冲层改善了CIGS太阳能电池的性能[1]。
由于缓冲层中含有有毒元素Cd，限制了薄膜太阳能电池的大规模使用；同时其制备工艺通常采用化学水浴法，但制备电池器件需要进出真空室，不利于一次成型，限制了电池的大规模生产。
正是由于缓冲层对CIGS薄膜太阳能电池有着重要影响，使得很多学者对它做了深入的研究。
1缓冲层的形成及发展1974年Bell实验室的Wagner等人[2]采用提拉法制备出了第一块CIS太阳能电池。
到了1975年，经过结构改进，电池的光电转换效率为12．5％，这是CIGS 太阳能电池的雏形。
1982年Boeing公司采用ZnxCd1－xS代替CdS，电池效率为10％[3]。
直到1985年，R．R．Potter等人[4]才研究出了目前这种CIS电池的基本结构，即其中铜铟硒（CIS）为吸收层，CdS为缓冲层，ZnO 为窗口层，这种结构改善了电池的短波响应。
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50 NH 4Cl NH 3 750mM
The small area CIGS thin film solar cell’s conversion efficiency has been improved 36%(from 7.2% to 9.8%)
Small Scale of CIGS thin film solar cells
21
Summary
Buffer layer plays an important role in CIGS solar cell; CdS is a good material for buffer layer;
Study on the Synthesis and Properties of Buffer Layer for Cu(In1-xGax)Se2 (CIGS) Thin Film Solar Cells
Ye Yakuan Lab of Functional Thin Film Materials Tsinghua University
A1 D1 C1
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 10 20
CdS C(111)
A1 B1 C1 D1 90
15
30
40
50
60
70
80
2θ
13
(°)
Sample A1,B1,C1 has proper thickness Sample B1 has better crystallinity
Influence of NH3· O concentration H2
Morphology A:0.25M
crack
B:0.50M
C:0.75M
D:1.00M
Pinholes
Sample B is uniform and pinhole-free
12
Influence of NH4Cl concentration
ΔEc is negative to electron transportation. ΔEc should be as low as possible
Takashi Minemoto, etc., Solar Energy Materials & Solar Cells 67 (2001) 83}88
The CBD parameters of coating CdS thin film were
investigated;
Found the NH3· O—NH4Cl Deposition Line; H2 Found optimum deposition technique.
The optimum deposition technique contribute to improve the efficiency of CIGS thin film solar cell module in our lab.
Influence of SC(NH2)2 Concentration
Thicknessபைடு நூலகம்
135 120 105 90 75 60 45 30 15 0
Structure
10000
CdS C(111)
Intensity(cps)
8000
Thickness/nm
6000
90 mM 60 mM
4000
30 mM
Thickness is about 50~100nm Uniform and pinhole-free
8
Progress
9
Chemical Bath Deposition Synthesis
NH3 H 2O NH 4 OH (NH 2 )2 CS 2OH - CH 2 N 2 H 2O S2
15
D
NH3—NH4Cl Deposition Line
Thickness Deposition Point Thickness/nm B3 92 B2 96 B(B1) B4 105 98 B5 94
Intensity(cps)
12000 10000 8000 6000 4000 2000
Structure
2000
15 mM
0
15
30
45
60
75
90
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Thiourea Concentration/mM
2θ
(°)
The films deposited at 15 and 30mM have proper thickness.
17
The films deposited at 30/60 or 90mM have better crystallinity.
Influence of NH4Cl concentration
Morphology A1:0mM
B1:5mM
C1:10mM
D1:15mM
Pinholes Sample B1 has good morphology
14
NH3· O —NH4Cl Deposition Line H2
16
D1
Deposition Point Thickness/nm
Depletion Region
Schematics of structure of CIGS solar cell
‘Hole’ flow
5
Role of Buffer Layer
Interface state Ni : Ni a 3
a
The mismatch between ZnO and CIGS is
1
Outline
Introduction
Motivation Expectations Synthesis Property
Progress
2
Introduction
3
CIGS Thin Film Solar Cells
Low High efficiency, cost Flexible Long-term stability
7
Material Candidates for Buffer Layer
Material CdS ZnS
ZnSe CdSe In2S3
Lattice mismatch/% 0.83 -6.48
-2.01 4.60 87.73
ΔEc /eV 0.30 -0.25
0.41 0.70 --
Demand of the CdS thin film buffer layer:
A 60
A1 49
C 88
C1 75
D 39
D1 44
NH4Cl Concentration(mM)
14 12 10 8 6 4 2 0 0 200 400
B2
A
C1
B3
B (B1) C D
B4
A1
600
A
A1
B5
800 1000
NH3 Concentration(mM)
Schematics of NH3· O —NH4Cl Deposition Line H2
a
a
19.3%
Schematics of the Lattice Mismatch
Ni
a
a
3
5.87 1013 cm 2
Buffer layer:
Passivate the lattice mismatch
Band Offset(ΔEc ) of Buffer Layer
Band diagram of CIGS Solar Cell
Influence of SC(NH2)2 Concentration
Morphology
15mM 30mM
60mM
90mM
All CdS thin films are uniform and pinhole-free,
18
Influence of Bath Temperature
Thickness
CdS C(111)
B2 B3 B(B1) B4 B5
20 30 40 50 60 70 80 90
Morphology
B(B1)
B2
0
10
2θ (°)
B3
B4
B5
16
Demonstrated that the films deposited on the same line have similar property
Sample NO. NH4Cl/mM A1 0 B1 5 C1 10 D1 15
Thickness
110 100
Thickness(nm)
Structure
8000 7000
B1
Itensity(cps)
90 80 70 60 50 40 30 0 5 10 NH4Cl Concentration(mM)
Printed ScaleFilm Solar Cell Market Forecast Thin of solar cell market
Principle of CIGS Thin Film Solar Cells
Photons Electron flow n-ZnO -
n-Buffer + p-CIGS + +